盐碱草甸植被退化对土壤硝化作用强度的影响

翟辉亮, 张丽辉, 王 贵, 谷天何, 王新宇, 廖玉杰, 郑力溥

(长春师范大学 生命科学学院, 长春 130032)

1 研究区概况

样地设置在吉林省双辽市卧虎镇左岭村东泰牧场，该区域位于松嫩平原西部，为科尔沁沙地东缘，多为苏打盐碱地，土壤质地多为黏土，海拔150 m，北纬43°46′48″,东经123°41′58″，属大陆季风性气候。全年热量充足，光照充沛，降水偏少，四季气候分明，雨热同步。

2 材料与方法

2.1 样地设置

选取4个不同恢复阶段的典型植物群落为研究对象：(1) 未退化(undegraded,Ud)，羊草群落[Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.]；(2) 轻度退化(mild degraded,Md)，退化型羊草群落；(3) 中度退化(moderate degraded,MOd)，星星草群落[Puccinelliatenuiflora(Turcz.)Scribn.et Merr.]；(4) 重度退化(heavy degraded,Hd)，碱斑或碱蓬群落[Suaedasalsa(L.) Pall]。每种典型植物群落，以不作处理为对照(CK)，设置刈割(Cut,C)，施氮(N)，刈割同时施氮(C&N)3种处理模式。刈割处理为：每年8月末将植被地上部分全部割走；施氮处理为：每1 m2每年施加5 g混合氮(硫酸铵∶硝酸钙=7∶3)，每年5—9月份期间分5次施加。每个处理类型样地设立5个5 m×5 m的样方作为平行重复处理。

2.2 取样方法

土壤样品采集于2019年7月中旬(植物生长旺季，同步进行植被调查)，在每个样方内，去除表层土，使用取土器(规格为内径5 cm，高10 cm)采集0—10 cm土壤，四分法收集适量土壤，根据随机抽样的原则，将每个样方的3点土壤混匀，放入冰盒带回实验室。

2.3 测定项目及方法

土壤硝化作用强度采用土浆培养法测定，培养基为CaCO35 g，(NH4)2SO42 g，MgSO4·7H2O 0.03 g，MnSO4·4H2O 0.01 g，使用1 L磷酸盐缓冲液(pH值=8.34)溶解。接种土壤后，振荡30 min，初次取样，作为0 h样本，紧接着恒温振荡培养(180 r/min，28℃)，此后每隔24 h取样，至168 h结束，采用重氮偶合分光光度法测定亚硝态氮含量，检测波长520 nm，以亚硝态氮的产生速率计算硝化作用强度。

2.4 数据处理与分析

使用Excel 2010整理数据，利用SPSS 19.0分析与作图，使用单因素方差分析(One-way ANOVA)对不同植物群落及不同处理类型土壤硝化作用强度与基本理化性质进行差异检验(LSD，p<0.05)，逐步回归分析和相关性检验均使用SPSS软件。

3 结果与分析

3.1 不同处理模式下典型植物群落土壤理化性质

表1 不同处理模式下各退化阶段典型植物群落土壤理化性质

3.2 不同退化阶段植物群落的多样性

Shannon-Weiner index用来描述种的个体出现的紊乱和不确定性，不确定性越高，多样性也就越高。随着退化程度的加深，典型植物群落的多样性呈先升高后降低的趋势(图1)。刈割处理极显著提高了羊草群落和退化羊草群落的多样性，对星星草群落的多样性也有显著提高，而对碱蓬群落无显著影响；施氮处理对4种典型群落多样性影响不显著。

3.3 不同处理模式下典型群落的土壤硝化作用强度

未作处理时，星星草群落与碱蓬群落硝化作用强度分别为13.4，13.5 mg/(kg·h)，显著高于羊草群落和退化羊草群落5.0，2.5 mg/(kg·h)(图2)。施氮、刈割处理分别使星星草群落土壤硝化作用强度提高253.77%，96.88%，且混合处理使其土壤硝化作用强度提高413.70%，说明两种处理可显著提高星星草群落土壤硝化作用强度，且具有叠加效应；施氮、刈割单独处理时，羊草群落土壤硝化作用强度分别提高61.69%，44.75%，但混合处理时反而降低23.62%；刈割、施氮两种处理对退化羊草群落和碱蓬群落土壤硝化作用强度无显著影响。

图1 不同处理模式下各退化阶段典型植物群落的物种多样性

图2 不同处理模式下各退化阶段典型植物群落的土壤硝化作用强度

3.4 土壤硝化作用强度与基本理化性质的关系

表2 土壤硝化强度与基本理化性质的相关系数

为进一步了解在不同退化阶段盐碱草甸草原土壤硝化作用强度与理化性质的关系，以有效磷(x1)、含水量(x2)、硝态氮含量(x3)、土壤pH值(x4)和电导率(x5)为自变量，以土壤硝化作用强度(y)为因变量进行逐步回归分析，得出最优方程：y=2.02+0.11x1+0.096x2+0.024x3+0.299x4，从该方程中可知，土壤有效磷含量、含水量、硝态氮含量、pH值是土壤硝化作用强度的重要影响因子，这些指标对硝化作用强度的影响强弱为：pH值>有效磷含量>含水量>硝态氮含量。

4 讨论与结论

4.1 讨 论

4.1.1 刈割与施氮对土壤硝化作用强度的影响 刈割处理使羊草群落、星星草群落土壤硝化作用强度分别提高44.75%，96.88%，施氮处理使其分别提高61.69%，253.77%，蔡祖聪等[21]在土地利用方式对湿润亚热带土壤硝化作用的影响研究中，认为氮肥的施加会促进硝化作用，这与本研究中结论基本一致。两种处理方式均能提高土壤硝化作用强度，且施氮效应高于刈割，对星星草群落的效应高于羊草群落。但混合处理使星星草群落土壤硝化作用强度提高413.70%，羊草群落却降低了23.62%，这可能是混合处理对两种植物群落干扰效应不同造成的。刈割、施氮两种处理模式均能对植物群落生态系统带来一系列复杂的影响，其可能为：刈割处理会改变植物群落的物种多样性(图1)，使植物群落的物种组成发生了改变，而不同的植物对养分有不同的利用方式，植物的根系分泌物可影响土壤微生物群落的组分和活性；刈割处理还会改变植物枯落物量，影响枯落物对土壤的覆盖程度、土壤的含水量及枯落物有机质的分解利用等，而施氮处理会显著影响土壤氮含量和pH值，从而可能对土壤硝化作用产生影响。

4.2 结 论

星星草群落是草甸草原盐碱化过程中一个重要的植物群落，本研究中发现星星草群落土壤硝化作用强度显著高于其他植物群落，且外界干扰(割草或施氮肥)对星星草土壤硝化作用强度和一些理化性质影响也很大，由于这种不稳定性，该群落可能是盐碱草甸草原植被退化或恢复过程的一个关键的阶段，对该群落的研究可作为一个研究盐碱草甸草原的一个突破点；同时，星星草的根系分泌物中很可能存在硝化作用的促进剂，无论是在农业生产还是环境保护方面，硝化促进剂都具有一定的潜在价值，对于此种物质的定性和具体应用还需进一步的研究。